Propiedades Coligativas: Impacto de la Concentración del Soluto

Cuando dos o más sustancias se mezclan para dar lugar a una solución, el resultado es una sustancia con una serie de propiedades físicas propias y diferentes a aquellas que poseían las sustancias originales. Estas propiedades emergentes en las soluciones reciben el nombre de propiedades coligativas y dependen directamente de la concentración de soluto, mas no de su naturaleza química.

Presión de Vapor

Las moléculas de un líquido cualquiera, a una determinada temperatura, poseen una cierta cantidad de energía cinética. Algunas moléculas, especialmente aquellas situadas cerca de la superficie, pasan espontáneamente al estado gaseoso, es decir, se volatilizan. No obstante, como resultado de las constantes colisiones entre moléculas, muchas de estas regresan nuevamente al líquido, dando como resultado un estado de equilibrio entre las fases gaseosa y líquida de la sustancia. Ahora bien, si el líquido se halla contenido en un recipiente cerrado, la fracción gaseosa ejercerá presión sobre la tapa del recipiente, al golpearla continuamente. Esta presión se denomina presión de vapor.

Una solución cuyo soluto sea no volátil poseerá una presión de vapor menor que la observada en el solvente puro. Por el contrario, si el soluto es volátil, la presión de vapor de la solución será la suma de las presiones parciales de los componentes de la mezcla. Estas relaciones se resumen en la ley de Raoult, que se expresa:

P_a = P_a⁰ * X_a

Donde P_a es la presión de la solución, P_a⁰ es la presión de vapor del solvente puro y X_a es la fracción molar del solvente en la solución.

Punto de Ebullición

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión atmosférica. Si a este líquido se le adiciona un soluto no volátil, la temperatura de ebullición de la solución resultante aumenta. Experimentalmente se ha encontrado que la elevación del punto de ebullición (ΔT_e) es proporcional a la concentración molal (m) de la solución, según la expresión:

ΔT_e = K_e * m

Donde m es la concentración molal y K_e es la constante de proporcionalidad, llamada constante ebulloscópica molar.

Punto de Congelación

En las soluciones formadas por solutos no volátiles se observa un descenso de la temperatura de congelación respecto a la del solvente puro. Esta disminución es proporcional a la concentración molal de la solución y se relaciona por medio de la constante crioscópica molar, que se expresa en grados centígrados y depende de la naturaleza del solvente.

Una de las aplicaciones de esta propiedad coligativa se relaciona con los anticongelantes, sustancias empleadas principalmente en automóviles para evitar que el agua de los radiadores se congele durante el invierno.

Presión Osmótica

La ósmosis es un fenómeno que se aplica especialmente a las soluciones en las cuales el solvente es el agua. Consiste en el paso de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable, desde un compartimiento menos concentrado hacia otro con mayor concentración de soluto. Una membrana semipermeable es una película que permite el paso del solvente, mas no del soluto. Las moléculas del solvente pueden pasar en ambas direcciones a través de la membrana, pero el flujo predominante ocurre en la dirección de menor a mayor concentración de soluto y termina cuando la presión ejercida por el golpeteo se traduce en un valor de presión, ejercida por las moléculas de soluto sobre la membrana, denominada presión osmótica. La presión osmótica depende de la cantidad de soluto y puede interpretarse como si el soluto fuera un gas que ejerce presión sobre las paredes de un recipiente.